JPH0313433B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車用の空調装置に使用する可変
容量圧縮機に関し、特に回転斜板式圧縮機におい
て、クランク室内圧力を調整することによつて、
斜板傾斜角度を制御して圧縮機の吐出容量を制御
する可変容量圧縮機に関するものである。

［従来の技術とその問題点］ 従来、圧縮機の吐出容量を制御するためにクラ
ンク室内圧力と吸入圧力との差によつて斜板の傾
斜角度を変化させることは、米国特許第3861829
号等に開示されている。

この公知技術は吸入室の吸入圧力を検出し、吸
入圧力が略一定となるようにクランク室内の圧力
をクランク室と吸入室との連通制御で変化させる
ことにより圧縮機の吐出容量を変えるものであ
る。このような従来の可変容量圧縮機を冷房機等
空調装置に用いる場合、吸入圧力が略一定となる
ことから蒸発器の着霜の問題を考慮して、その略
一定値を低く設定することが出来ない。従つて特
に自動車用の空調装置にこの可変容量圧縮機を使
用すると、冷房開始時の車室内熱負荷と無関係に
吸入圧力はこの略一定値までしか低下しないの
で、冷房開始時の過度的冷却特性いわゆるプルダ
ウン特性は固定容積圧縮機に比較して良好でない
という問題がある。

このため本願出願人の先願（実願昭61−111994
号）においては、クランク室内圧力により作動す
る内部制御弁と外部信号により作動する外部制御
弁からなる２系統の制御弁装置を設け、空調装置
のクールダウン過程で蒸発器への熱負荷が所定値
より高い間は外部制御弁装置を動作させ、熱負荷
が所定値以下まで降下すると、外部制御弁装置の
動作が停止して内部制御弁装置のみの動作に移行
し、プルダウン特性の改善を図つている。

このような圧縮機によれば、冷房の対象となる
空気が室内を再循環するような場合すなわち冷房
負荷そのものが時間経過に従つて小さくなつてい
くような場合は問題ない。しかし外部から高い温
度の空気を取り込んで冷却するいわゆるフレツシ
ユ冷房時においては、プルダウン時に外部制御弁
の制御下における最大容量動作から内部制御弁の
制御下における容量制御動作に移ると、一旦充分
に冷却されていた空気温が再び上昇するという問
題があつた。第７図によりこれを説明すると、同
図の横軸は時間、縦軸は蒸発器出口側圧力または
蒸発器出口側空気温度である。実線の曲線で示す
ように冷房開始後、蒸発器圧力または空気温度は
外部制御弁装置による制御により圧縮機は最大容
量で運転されるため急降下する。そして時刻t₁で
蒸発器圧力または空気温度が所定の値すなわちカ
ツトオフ点p₁に達すると外部制御弁装置はオフさ
れ、以後は内部制御弁装置の制御下に移行する。
この状態では圧縮機の吸入側はほぼ一定の吸入圧
に維持されるが、蒸発器出口から圧縮機吸入口ま
での圧力損失により、蒸発器内圧力又は空気温度
は第２図Ａ点で示すように上昇してしまう。上記
の圧力損失は特に空気負荷が高い間は質量流量の
増大により多くなるためこの傾向が大きい。この
蒸発器内圧力又は空気温度の上昇は時間の経過に
したがつて負荷が減少するために徐々に降下し、
Ｂ点で示すように安定点に達する。冷房装置の設
計においてはＢ点でも凍結が起こらないよう制御
点を決定するため、結果的にＡ点では冷房性能は
満足できない。

さらに、蒸発器出口の冷媒の過熱度を検出して
これが一定値となるように膨張弁の開度をフイー
ドバツク制御するいわゆる機械式の自動膨張弁を
用いる空調装置にこの圧縮機を組み入れた場合に
は、前記自動膨張弁は実際上正しく過熱度を制御
できるのが一定の冷媒流量範囲に限られるため
（特に微少流量域では微細な開度調整が困難で所
定値を超えた弁開度となる）、相互のフイードバ
ツク制御に干渉が生じ、膨張弁の開閉の頻度が異
常に高くなるいわゆるハンチング現象が生じ易い
という問題がある。

本発明の目的はこのような従来の問題点を解消
した可変容量圧縮機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明では、クランク室と吸入室との連通を制
御して吐出容量を制御する手段として、空調装置
の蒸発器内圧力または空気温度が所定の２つの限
界点の間に存在するように制御する機構を備えた
ものである。

即ち、本発明は複数のシリンダと、吸入室とク
ランク室と、該クランク室内に延在する回転主軸
と、該回転主軸に対する傾斜角度が変化可能にか
つ該回転主軸によつて回転されるように配設され
た斜板と、該斜板の回転に応じて揺動するように
斜板の傾斜面上に配設された揺動板と、該揺動板
の揺動によつて、前記各シリンダ内で往復動して
前記吸入室に吸入された流体をとり込み圧縮して
吐出するピストンと、前記クランク室内圧力を調
整して前記斜板の傾斜面上に配設された揺動板
と、該揺動板の揺動によつて前記各シリンダ内で
往復動して前記吸入室に吸入された流体をとり込
み圧縮して吐出するピストンと、前記クランク室
内圧力を調整して前記斜板の傾斜角度を制御し吐
出流体容量を変化させる吐出容量制御手段を有す
る可変容量圧縮機において前記吐出容量制御手段
は、前記クランク室と吸入室とを連通させる連通
孔と、該連通孔の途中に設けられ、外部入力信号
によつて作動して該連通孔を開き、前記クランク
室と吸入室とを連通させる第１の制御弁装置と、
前記クランク室と吸入室とを連通させるバイパス
孔と、該バイパス孔の途中に設けられ、前記クラ
ンク室内圧力（又は吸入室内圧力）を感知して該
クランク室内圧力（又は吸入室内圧力）を略一定
に保つよう該バイパス孔を開閉する第２の制御弁
装置とを備え、前記第１の制御弁装置は蒸発器の
冷房状態を示す信号により、この信号値が前記蒸
発器の凍結限界近傍の下限点とこれよりも若干高
い上限点との間に存在するように制御され、前記
第２の制御弁装置は前記蒸発器凍結限界点の蒸発
器出口圧力にほぼ等しい圧縮機吸入圧力に制御さ
れていることを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳
細に説明する。

第１図は、本発明の圧縮機の断面図である。コ
ンプレツサーハウジング１１は、円筒状のケーシ
ング１１を有し、その一端をフロントエンドプレ
ート１２によつて閉塞され、内部にクランク室２
を画成するとともに、シリンダブロツク３を備え
ている。更に、シリンダブロツク３上には弁板１
３を介して、シリンダヘツド１４を取付け、該弁
板１３との間に吸入室１５と吐出室１６を画成す
るとともに、クランク室２の内周面にフロントエ
ンドプレート１２とシリンダブロツク３に両端を
固定された回転防止板１７を設けている。

回転主軸４は、前述したクランク室２内の中央
に貫通延在しており、フロントエンドプレート１
２とシリンダブロツク３に各々ニードルベアリン
グ４１と４２を介して回転可能に枢支されてい
る。

前述したクランク室２内に延在した回転主軸４
にはロータ５がピン５１によつて固着されてい
る。該ロータ５にはピン５２を有するブラケツト
５３が形成されており、該ピン５２を斜板６から
伸びるアーム部６１に形成された長孔６２にスラ
イド可能に嵌入している。

斜板６は、前述したように外周端近傍に形成し
たアーム部６１に長孔６２を形成し、該長孔６２
にピン５２を嵌入するとともに内壁面が球面状に
形成され回転主軸４に摺動可能に取り付けられた
球面ブツシユ２１に当接して摺動可能となつてい
る。

揺動板７は、外周端に突設したピン７１を回転
防止板１７に嵌合係止させることによつて回転主
軸４廻りの回転が防止され、前記斜板６の軸受部
６４にニードルベアリング７２を介して嵌合する
とともにニードルベアリング７３を介して傾斜面
６６上に配置されている。

更に、揺動板７の外周端には、後述するピスト
ンロツド３３の枢支部７４が凹設されている。

前述したシリンダブロツク３には、吐出容量制
御手段８のうち後述する圧力作動制御装置１０
と、回転主軸４と略平行に配置されたシリンダ３
１とが形成されている。

シリンダ３１の内部にはピストン３２が設けら
れ、各々ピストン３２はピストンロツド３３を介
して揺動板７に連結されている。従つて、回転主
軸４が回転すると回転主軸４とともにロータ５と
斜板６が回転するが揺動板７は、回転防止用ピン
７１と回転防止板１７との係合によつて回転主軸
廻りの回転が阻止されているため、揺動運動のみ
を行う。そして、この揺動板７の揺動運動により
ピストンロツド３３を介してピストン３２がシリ
ンダ３１内を滑動し往復運動を行う。このピスト
ンの往復運動によつて吸入室１５と連通した吸入
孔３４からシリンダ内に流体を吸入し、吐出口３
５から逆止弁３６を作動させて吐出室１６に流体
を吐出する。

本発明の要部を構成する吐出容量制御手段８
は、空調装置の蒸発器（図示せず）への熱負荷
（本実施例では、その値として蒸発器出口側圧力
をとる）が所定値以上にあるとき、外部信号入力
によつて動作され、クランク室と吸入室とを連通
するための外部作動制御装置９（第１の制御弁装
置）と、前記温度が所定値以下のとき該クランク
室内圧力を略一定に保つよう該クランク室と吸入
室とを連通制御する圧力作動制御装置１０（第２
の制御弁装置）とを有している。

外部作動制御装置９は、クランク室２からシリ
ンダブロツク３および弁板１３を貫通した貫通孔
９１、その貫通孔９１と連通するようにシリンダ
ヘツド１４に設けた制御室９２、この制御室９２
と吸入室１５とを連通する孔９３とで構成された
クランク室２と吸入室１５とを結ぶ連通孔と、こ
の連通孔を開閉するため制御室９２内に設けたソ
レノイドバルブ９４とを有している。

ソレノイドバルブ９４は、外部動作信号の印加
によつて動作し、非作動時にはその動作扞である
ニードル９４ａが弁板１３に開けられた貫通孔９
１を閉塞し、動作時には、ニードル９４ａが後退
し、貫通孔９１と制御室９２とを連通する。

なお、このソレノイドバルブ９４は非作動時に
開、作動時に閉となる構造のものでも良く、信号
関係を逆転させれば全く同じ動作を期待できる。

圧力作動制御装置１０は、クランク室２からシ
リンダブロツク３および弁板１３を貫通して吸入
室１５に延びるバイパス孔１０１と、該バイパス
孔１０１の途中に設けた感圧室１０２と、該感圧
室１０２内に配置されたベローズ１０３とを有し
ており、ベローズ１０３は、バイパス孔１０１の
うち、弁板１３に設けられた開口部１０１ａを開
閉するニードル弁１０３ａを有している。

ベローズ１０３は周囲の圧力、従つて、ここで
は感圧室内圧力、従つてクランク室内圧力が一定
値以上になると縮少し、ニードル弁１０３ａが後
退して開口部１０１ａを開き、クランク室２と吸
入室１５とが連通される。そしてクランク室内圧
力が一定値以下になると、ベローズが膨張し、ニ
ードル弁１０３ａが開口部１０１ａを閉じ、クラ
ンク室２と吸入室１５との連通が遮断される。か
くして、クランク室内圧力は略一定に保たれる。

第２図は本発明の容量可変圧縮機が用いられる
空調装置の冷房回路構成を示す概略図である。圧
縮機２０１で圧縮された冷媒は凝縮器２０２に供
給されて凝縮液化される。液化冷媒は膨張弁２０
３を介して蒸発器２０４に供給され再び気化さ
れ、圧縮機２０１に還流する。蒸発器２０４の出
口側圧力は圧力スイツチ２０５を駆動する。この
圧力スイツチは蒸発器２０４の出口側圧力が所定
の上限値例えば冷媒としてR₁₂を用いた時、例え
ば、2.2Kg／cm²Ｇ以上の場合オン状態となり、所
定の下限値例えば1.8Kg／cm²Ｇ以下の場合オフ状
態となるように動作する。この圧力スイツチ２０
５のオン、オフにより前記外部作動制御装置９の
ソレノイドバルブ９４駆動用のソレノイド２０６
をオン、オフ制御する。前記圧縮機２０１の吸入
側冷媒圧力は、上記R₁₂を用いる場合、蒸発器２
０４を凍結させない程度の圧力例えば２Kg／cm²Ｇ
で調整されている。

以上の構成において、図示しないカーエアコン
のスイツチが投入されると圧力スイツチ２０５が
オン状態となり、ソレノイド２０６が作動してソ
レノイドバルブ９４を駆動する。この結果ニード
ル弁９４ａが連通孔９１を開き、クランク室２と
吸入室１５とが連通し、クランク室２と吸入室１
５との圧力差は無くなる。従つて斜板６の傾きは
最大となり、圧縮機の吐出容量も最大となる。こ
の結果、蒸発器２０４の出口側圧力P_EOは第３図
に示すように時刻０（カーエアコンのスイツチ投
入時）から急激に減少し始め時刻t₁で所定の下限
値p₁（1.8Kg／cm²Ｇ）に達すると圧力スイツチ２０
５がオフし、ソレノイドバルブ９４の駆動信号が
断たれニードル弁９４ａが連通孔９１を塞ぐ。そ
の後クランク室内圧力は圧力作動制御装置１０に
よつて略一定に制御される。

即ち、ベローズ１０３はブローバイによるクラ
ンク室２内の圧力増加を検知し、一定圧以上にな
るとベローズ１０３が縮少され、ニードル弁１０
３ａが開口部１０１ａを開放し、クランク室２を
感圧室１０２を介して吸入室１５と連通させ流体
を吸入室１５内に流出させる。この流体の吸入室
１５内への流出によつてクランク室２内の圧力が
低下する。これにより、再びベローズ１０３が膨
張し、開口部１０１ａが閉じられる。この動作の
繰り返しにより、クランク室内圧力は一定に保た
れる。

一方、吸入圧力は蒸発器への熱負荷とともに変
化するので、クランク室内圧力と吸入圧力との差
は、吸入圧力の変化に応じて変化し、これによ
り、斜板６従つて揺動板７の角度が変化して圧縮
機の吐出容量が制御される。

しかし前述したようにフレツシユ冷房のような
場合時刻t₁以降においては蒸発器２０４の出口側
圧力は再び上昇するが、この圧力が上限値p₂（2.2
Kg／cm²Ｇ）に達すると圧力スイツチ２０５が再び
オン状態となり、ソレノイドバルブ９４が動作す
る。これによつて蒸発器２０４の出口側圧力P_EO
は第３図Ｃで示すように再び低下する。P_EOが下
限値まで低下すると外部作動制御装置９はオフ
し、圧力作動制御装置１０を働いてP_EOは再び上
昇する。以下同様な動作がくり返されP_EOは圧力
スイツチ２０５により設定される上限値p₂（2.2
Kg／cm²Ｇ）と下限値p₁（1.8Kg／cm²Ｇ）の間で変化
し、徐々に低下していく。そして時刻t₂に達する
とP_EOは上限値以下となり以降は外部作動制御装
置９は完全にオフし、圧力作動制御装置１０によ
る制御が行なわれる。

第４図は第２図の圧力スイツチ２０５の代りに
蒸発器２０４の出口空気温度を検知しこれにより
動作する温度スイツチ２１０を用いる場合を示し
ている。この温度スイツチ２１０は例えば空気温
度が４℃以上でオン、１℃以下でオフとなるよう
に設計されている。同図において第２図と同一部
分には同一の番号を付し、説明は省略する。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示す空調
装置のブロツク図である。この装置においては、
第２図、第４図の装置におけるようにソレノイド
２０６のオン、オフ切替速度を制御する代りにパ
ルス回路を用いてソレノイド２０６を駆動する時
間をパルスのデユーテイ比の制御を通じて制御し
ている。すなわち蒸発器２０４にはフイン温度と
センサ２２０が設けられこの出力信号はコンパレ
ータ２２１に一方の入力信号として与えられる。
コンパレータ２２１の他方の入力信号としては基
準温度設定回路２２２の出力が与えられる。この
設定回路２２２は第４図の装置に関連して説明し
たように所定の上限値例えば４℃および下限値例
えば１℃の範囲を示す信号を与える。コンパレー
タ２２１は温度センサ２２０の出力信号温度が基
準温度設定回路２２２で設定される上、下限値に
対しどのレベルに存在するかを示す出力を発生し
これをデユーテイ比決定回路２２３に供給する。
このデユーテイ比決定回路２２３は、蒸発器２２
０のフイン温度が上限値より高い場合はデユーテ
イ比を大きくし、下限値より低い場合は小さくす
るように動作する。デユーテイ比決定回路２２３
の出力はパルス幅変調回路２２４に与えられ、決
定されたデユーテイ比に応じたパルス幅の出力を
発生するようにパルス幅変調回路２２４を制御す
る。この回路２２４の出力パルスはさらにパルス
発振器２２５に与えられ回路２２４の出力パルス
が与えられている期間中パルス発振器２２５を動
作させる。発振器２２５の出力パルスは電力増幅
器２２６で増幅されソレノイド２０６に与えられ
る。

第６図ａは本発明のさらに他の実施例を示す空
調装置のブロツク図である。この装置では第５図
に示したようにソレノイド２０６をデユーテイ比
制御する点については同じであるが第６図ａのも
のでは、蒸発器２０４の熱負荷状態を蒸発器フイ
ン温度あるいは蒸発器出口空気温度等の温度とし
て検知し、この温度の値によつてアナログ的な比
例制御を行ない検出された温度値に対応したデユ
ーテイ比を得てフイードバツク制御するものであ
る。

第６図ａでは、この一例として温度検出器２２
０で検出した温度信号を増幅器２３１で増幅した
後、差動増幅器２３２で三角波発振器２３４から
の三角波をスライスしデユーテイ比の異なるパル
ス信号を得るものであり、スライスレベルは温度
信号に比例し、可変抵抗２３３で設定される。こ
れによつて得られたパルス信号は電力増幅器２３
５で増幅されてソレノイド２０６をオン、オフす
る。

なお、三角波とスライスすることによりデユー
テイ比の異なるパルスを得るのは一般的な公知技
術である。

第６図ｂにはこの制御信号とデユーテイ比の設
定例を示す。

第６図ｂでは蒸発器のある部分のフイン温度を
検出し、これが１℃以下ではデユーテイ比０％、
４℃以上ではデユーテイ比100％とし、１℃〜４
℃の間では温度に比例して５％〜95％程度のデユ
ーテイ比制御を行なわせるものである。

第２図、第４図のようにソレノイド２０６のオ
ン、オフを直接行なう制御は、容量変化動作の比
較的遅いゆつくりした変化を行なう圧縮機に適し
ているのに対し、第５図及び第６図ａのようなデ
ユーテイ比制御は早い容量変化を行なう圧縮機に
適している。

なお、本発明の実施例では圧縮機の容量変化を
クランク室内圧力の吸入室へのバイパス路を開閉
して制御しているが、このバイパス路の流路抵抗
の大きさあるいはクランク室容量によつても応答
性は変化する。また、制御動作が早いか遅いかは
機構的な設計により選択することができ、さらに
圧縮機の容量変化動作に必要な荷重（上記実施例
では背面圧力）は容量減、増動作間のヒステリシ
ス量（差分値）に依存するが、本発明ではこのよ
うな圧縮機の応答性を考慮して適用される。

それから実施例では圧力作動制御装置としてク
ランク室内圧力を感知して制御する方式のものを
示したが、本発明はこれに限定されるものでなく
吸入室内圧力を感知して制御する方式のものであ
つてもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば内部制御弁装置および外部制御
弁装置の２系統の制御手段を備えた可変容量圧縮
機空調装置において良好なプルダウン特性を実現
することができる。

さらに、本発明では、制御対象量を蒸発器のフ
イン温度あるいは蒸発器出口温度等の温度を用い
ることが可能でありかつこの温度を所定の限界値
内に入るように制御できるため、内部制御弁の動
作に起因するハンチングを抑制でき、目標とする
制御を安定に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す可変容量圧縮機
の構成を示す断面図、第２図は第１図の圧縮機を
用いた空調装置の実施例を示す冷房回路概略図、
第３図は第２図の空調装置のプルダウン特性を示
す特性図、第４図および第５図は本発明他の実施
例を示す空調装置冷房回路の概略図、第６図ａは
他の実施例を示すブロツク図、第６図ｂは第６図
ａの実施例におけるデユーテイ比と蒸発器フイン
温度との関係の一例を示す図、第７図は従来の空
調装置のプルダウン特性を示す特性図である。 １……コンプレツサーハウジング、２……クラ
ンク室、３……シリンダブロツク、４……回転主
軸、５……ロータ、６……斜板、７……揺動板、
８……吐出容量制御手段、９……外部作動制御装
置、１０……圧力作動制御装置、１１……ケーシ
ング、１４……シリンダヘツド、１５……吸入
室、１６……吐出室、３１……シリンダ、３２…
…ピストン、９１……連通孔、９２……制御室、
９４……ソレノイドバルブ、１０１……バイパス
孔、１０２……感圧室、１０３……ベローズ、２
０１……圧縮機、２０２……凝縮器、２０３……
膨張弁、２０４……蒸発器、２０５……圧力スイ
ツチ、２０６……ソレノイド、２１０……温度ス
イツチ、２２０……フイン温度センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のシリンダと、吸入室と、クランク室
   と、該クランク室内に延在する回転主軸と、該回
   転主軸に対する傾斜角度が変化可能にかつ該回転
   主軸によつて回転されるように配設された斜板
   と、該斜板の回転に応じて揺動するように斜板の
   傾斜面上に配設された揺動板と、該揺動板の揺動
   によつて前記各シリンダ内で往復動して前記吸入
   室に吸入された流体をとり込み圧縮して吐出する
   ピストンと、前記クランク室内圧力を調整して前
   記斜板の傾斜角度を制御し吐出流体容量を変化さ
   せる吐出容量制御手段を有する可変容量圧縮機に
   おいて、前記吐出容量制御手段は前記クランク室
   と吸入室とを連通させる連通孔と、該連通孔の途
   中に設けられ外部入力信号によつて作動して該連
   通孔を開き、前記クランク室と吸入室とを連通さ
   せる第１の制御弁装置と、前記クランク室と吸入
   室とを連通するバイパス孔と、該パイパス孔の途
   中に設けられ前記クランク室内圧力（又は吸入室
   圧力）を感知して該クランク室内圧力（又は吸入
   室圧力）を略一定に保つよう該バイパス孔を開閉
   する第２の制御弁装置とを備え、前記第１の制御
   弁装置は蒸発器への熱負荷を示す信号により、こ
   の信号値が前記蒸発器の凍結限界近傍の下限点と
   これよりも若干高い上限点との間に存在するよう
   に制御され、前記第２の制御弁装置は前記蒸発器
   凍結下限点の蒸発器出口圧力にほぼ等しい圧縮機
   吸入圧力に制御されていることを特徴とする容量
   可変圧縮機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   制御弁装置は前記上限点で制御弁を開き、前記下
   限点で制御弁を閉じるように制御されることを特
   徴とする容量可変圧縮機。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   制御弁装置は前記両限界の間に前記制御対象信号
   値が存在するように制御弁の開閉のデユーテイ比
   を制御することにより制御されることを特徴とす
   る容量可変圧縮機。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記蒸発器
   への熱負荷を示す信号は前記蒸発器のフイン温
   度、蒸発器出口空気温度、蒸発器入口空気温度、
   蒸発器出口側冷媒温度、蒸発器入口側冷媒温度ま
   たは蒸発器出口側圧力であることを特徴とする容
   量可変圧縮機。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   制御弁装置は、蒸発器の冷空気、フイン、または
   冷媒の温度を検知し、この温度の高低に比例して
   電磁弁のデユーテイ比を制御し、蒸発器凍結限界
   点以下でデユーテイ比最少、蒸発器温度の上限点
   でデユーテイ比最大となり、両者の間で蒸発器温
   度に比例的にデユーテイ比が決定されるように制
   御されることを特徴とする容量可変圧縮機。